LA MODALITA’ A “VOLUME GARANTITO” NELLA VENTILAZIONE CONVENZIONALE CON BABYLOG VN500

Giugno 2012

Redazione: Dr.ssa Federica Meroni

Approvazione: Dr. Roberto Bellù

La ventilazione a volume garantito nel neonato riconosce il proprio ruolo nella consapevolezza che il danno polmonare correlato alla ventilazione meccanica è in gran parte determinato dal volutrauma e che, pertanto, la strategia ventilatoria di più recente diffusione si basa sul controllo del volume erogato più che della pressione d’insufflazione [Clark RH (2001) Lung injury in neonates: causes, strategies for prevention, and long-term consequences. J Pediatr; 139:478-86]; una recente meta-analisi conclude che, comparata alla ventilazione a controllo di pressione, la ventilazione a controllo di volume consente la riduzione dell’incidenza di morte neonatale, pneumotorace e BPD e riduce la durata della ventilazione meccanica [Wheeler KI (2011) Volume-Targeted versus Pressure-Limited Ventilation for preterm infants: a systematic review and meta-analysis. Neonatol; 100(3):219-27 - Wheeler KI (2010) Volume-Targeted versus Pressure-Limited Ventilation in the neonate. Cochrane Database Syst Rev; 10(11):CD003666].

La ventilazione a volume garantito, inoltre, limitando la variabilità del volume erogato, consente una minor variabilità del volume minuto e, quindi, una maggior stabilità della pCO2 con minor rischio di episodi acuti di ipo-capnia [Keszler M (2004) Volume guarantee: stability of tidal volume and incidence of hypocarbia. Pediatr Pulmunol; 38:240-45][Cheema IU (2007) Impact of volume guarantee ventilation on arterial carbon dioxide tension in newborn infants: a randomised controller trial. Early Hum Dev; 83:183-189]; e la stabilità emogas-analitica determina una minor variabilità della perfusione cerebrale, rappresentando un elemento protettivo il fragile parenchima cerebrale del neonato con riduzione dell’incidenza di IVH severa e PVL [Fritz KI (2006) Mechanisms of injury to the newborn brain. Clin Perinatol; 33:573-591].

Evitando, infine, l’erogazione di volumi insufficienti, si riduce il rischio di ipoventilazione polmonare, comportante atelettasie ed iper-capnia [Lista G (2006) Lung inflammation in preterm infants with respiratory distress syndrome: effects of ventilation with different tidal volumes. Pediatr Pulmunol; 41:357-363].

L’operatore definisce il volume target desiderato per il paziente (VT); la macchina rileva e misura il volume espirato per ogni insufflazione e modula la pressione di picco inspiratorio (PIP) del successivo atto respiratorio delle medesime caratteristiche di quello campionato per erogare un volume espirato quanto più prossimo al VT impostato (Figura 1).

Figura 1: The volume guarantee (VG) software adjust the peak inflating pressure (PIP) for the next inflation based on measurement of the expired VT of the previous inflation. This figure shows nine triggered inflations from a 750-g baby ventilated with assist-control VG. The three waves are from top to bottom flow (ml/sec), pressure (cmH2O) and VT (ml). The set VT of 3.2 ml is shown by the vertical arrows after each VT. It shows the expired VT is slightly larger than the set VT for all inflations and so the PIP is reduced for each subsequent inflation [Klingenberg C (2011) A practical guide to neonatal volume guarantee ventilation. J Perinatol; 31:575-585].

La rilevazione dei volumi di scambio (inspirato ed espirato) avviene a livello del sensore di flusso neonatale; il vantaggio dell’utilizzo del volume espirato rispetto a quello inspirato nella ventilazione a volume garantito, consiste nel fatto che il volume espirato riflette con maggior accuratezza l’effettivo volume scambiato a livello polmonare, essendo esso meno influenzato dalle perdite del tubo endo-tracheale (fintanto che le perdite si mantengono ⇐50%).

La macchina è comunque dotata di un sistema di controllo anche sul volume inspirato e limita l’insufflazione quando esso eccede il 130% del VT, impedendo così l’erogazione di volumi eccessivi e potenzialmente dannosi per il paziente.

L’opzione “volume garantito” con Babylog VN500 può essere abbinata a diverse modalità ventilatorie, sia triggerate che non triggerate (PC-SIMV, PC-CMV, PC-AC, PC-PSV); il ventilatore rileva per ciascun atto respiratorio il volume espirato per una determinata pressione di picco inspiratorio (PIP) e modula la PIP del successivo analogo atto respiratorio per garantire un volume espirato quanto più prossimo al VT (Figura 2).

Figura 2: This figure shows a recording from an 850-g baby with ten inflations, illustrating the effects of triggered and untriggered inflations occurring close together because the back-up ventilator rate was too closet o the baby’s spontaneous rate. The three waves are from top to bottom flow (ml/sec), pressure (cmH2O) and tidal volume (ml). The triggered inflations and their VT are indicated by T. The untriggered inflations are indicated by UT. The inflating pressure for each inflation depends on expired VT of the preceding inflation of the same type. Note that although there is a large difference in the inflation pressure, there is relatively little difference in the delivered VT [Klingenberg C (2011) A practical guide to neonatal volume guarantee ventilation. J Perinatol; 31:575-585].

Gli atti respiratori non supportati in inspirio dal ventilatore (in PC-CMV + VG o PC-SIMV + VG) non sono sottoposti a controllo di volume e dipendono interamente dall’autonomia respiratoria del paziente; ciò può comportare una variabile eterogeneità dei volumi di scambio per atto respiratorio in relazione alla tipologia dell’atto respiratorio stesso con minor efficacia dell’opzione “volume garantito” sul controllo della stabilità e dell’adeguatezza della ventilazione. L’utilizzo di una modalità ventilatoria con supporto a tutti gli atti respiratori determina, invece, una maggior uniformità dei volumi di scambio (VT), riduce il lavoro respiratorio (espresso come tachicardia e tachipnea) e consente una maggior stabilità del trend saturimetrico (da studio comparativo AC+VG vs SIMV+VG [Abubakar K (2005) Effect of volume guarantee combined with assist/control vs synchronized intermittent mandatory ventilation. J Perinatol; 25:638-642]).

I dati circa il teorico appropriato VT da impostare in relazione alle diverse tipologie di paziente sono ad oggi ancora limitati; e per poter più correttamente interpretare ed utilizzare nella pratica clinica tali dati, è opportuno tenere in considerazione che lo scambio della CO2 è determinato dalla ventilazione alveolare (alveolar ventilation, AV):

AV = VT - Vds

ds, spazio morto (dead space) spazio morto anatomico, ~ 2 - 2.5 ml/kg

• neonato < 500 gr: 5.5 - 6 ml/kg
• neonato 500 – 800 gr: 5.0 - 5.5 ml/kg
• neonato 800 – 1000 gr: 4.5 - 5.0 ml/kg
• neonato > 1000 gr: 4.0 - 5.0 ml/kg

Il Vt necessario per una normocapnia è inversamente proporzionale al peso del neonato; ciò è determinato dall’aumento proporzionale dello spazio morto non anatomico (sensore di flusso, tubo endo-tracheale, circuito di aspirazione) nei neonati di peso inferiore [Nassabeh-Montazami S (2009) The impact of instrumental dead-space in volume-targeted ventilation of the extremely low birth weight (ELBW) infant. Pediatr Pulmunol; 44:128-133]. A completamento di tale concetto, nella Tabella 1 vengono riportati i volumi dei principali presidi utilizzati nella ventilazione meccanica nel neonato costituenti spazio morto non anatomico.

Tabella 1: Spazio morto dei principali presidi utilizzati nella ventilazione meccanica del neonato; DI, diametro interno.

In corso di ventilazione, e man mano che questa si protrae nel tempo (settimane), il Vt impostato deve essere modulato per garantire uno stabile equilibrio emogas-analitico con adeguamenti di circa 0.5 ml/kg per volta; ciò che si verifica, soprattutto nei neonati ELBW, è un progressivo e variabile incremento del Vt necessario per il mantenimento della normocapnia: nei pazienti sottoposti a ventilazione meccanica per oltre 2 – 3 settimane il Vt richiesto per la stabilità emogas-analitica può arrivare fino a 8 ml/kg.

Ciò è conseguenza di due diversi aspetti: l’immaturo apparato respiratorio del neonato (trachea e bronchi) sottoposto al ciclico stress pressorio della ventilazione meccanica va incontro a graduale e progressiva dilatazione (tracheomegalia acquisita) con incremento dello spazio morto anatomico fino al 90%; man mano, inoltre, che si struttura una malattia polmonare cronica, il parenchima polmonare diviene eterogeneo e costituito da variabili aree iper-insufflate con incremento dello spazio morto alveolare [Keszler M (2009) Evolution of tidal volume requirement during the first 3 weeks of life in infants < 800 g ventilated with Volume Guarantee. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed; 94:F279-282].

- 5 – 7 ml /kg

Il neonato con ipoplasia polmonare ha un volume corrente inferiore rispetto ad un neonato di pari peso neonatale, ma richiede la stessa ventilazione alveolare minuto per il mantenimento della stabilità emogas-analitica; è, quindi, opportuno utilizzare un Vt ai limiti inferiori per la categoria di peso (es. 4 ml/kg nel neonato a termine) associato, se necessario, ad elevate frequenze respiratorie.

Durante la ventilazione a volume garantito, il ventilatore utilizza pressioni di picco variabili e continuamente modulate (“working PIP”) per garantire un quanto più possibile costante volume di scambio (VT). L’operatore deve impostare il valore di pressione di picco che costituisca il limite massimo di pressione utilizzabile dal ventilatore nell’erogazione del VT (Pmax); tale pressione di picco limite deve consentire le fluttuazioni di pressione di picco inspiratorio intorno alla “working PIP”, ma non deve essere troppo alta per permettere una tempestiva rilevazione di variazioni anche rilevanti e patologiche della meccanica polmonare.

Impostazione iniziale Pmax: 25 – 30 cmH2O. Quindi modulazione Pmax a circa 5 – 10 cmH2O sopra la “working PIP”.

NB:

• gli atti manuali (funzione “Insp. Manuale”) non sono a controllo di volume e vengono, quindi, erogati con pressione di picco pari a Pmax;
• durante la procedura di aspirazione endo-tracheale a circuito chiuso, si creano pressioni negative all’interno del circuito e si ha una brusca riduzione dei volumi di scambio. Il ventilatore rileva l’inadeguatezza dei volumi espirati e risponde incrementando la pressione di picco per adeguare il volume erogato; gli atti respiratori immediatamente successivi alla procedura verranno quindi erogati dal ventilatore con pressioni di picco molto elevate (prossime alla Pmax), successivamente gradualmente modulate fino al ripristino degli abituali valori di “working PIP” (in circa 8-10”).

E’ necessario un tempo inspiratorio (Ti) sufficiente affinchè la pressione inspiratoria raggiunga il proprio picco e determini un breve plateau (Figura 4). Nei neonati con RDS in fase acuta un Ti di 0.3” può essere sufficiente; per patologie polmonari diverse o in fase di cronicizzazione della dipendenza dalla ventilazione meccanica, il tempo inspiratorio necessario per un’adeguata ventilazione a “volume garantito” può essere maggiore. L’adeguatezza del Ti impostato deve essere valutata osservando le curve (Figura 3)

Figura 3: This figure shows a photo from the ventilator screen of five inflations. The three waves are from top to bottom pressure (cmH2O), flow (l/min) and VT (ml). It illustrates two main problems. First, the inflation time is too short therefore the flow wave ends abruptly at the end of inflation before reaching the baseline, and the tidal volume curve has a sharp peak. This is shown by the arrows. Second, the expires time is too short so the flow waves ends abruptly during expiration. This is shown by the asterisks [Klingenberg C (2011) A practical guide to neonatal volume guarantee ventilation. J Perinatol; 31:575-585].

Utilizzando modalità ventilatorie sincronizzate con supporto a tutti gli atti respiratori (PC-AC, PC-PSV), l’operatore deve impostare una frequenza respiratoria di back-up che subentri quando il neonato non riesce a sostenere una sufficiente attività respiratoria spontanea.

Per neonati con buon drive respiratorio è stato dimostrato che l’utilizzo di frequenze respiratorie di back-up più basse (30 atti/min vs 50 atti/min) consente una maggior sincronizzazione della ventilazione col paziente [Wheeler KI (2011) Lower back-up rates improve ventilator triggering during assist-control ventilation: a randomized crossover trial. J Perinatol; 2:e-pub ahead of print]; nella ventilazione a “volume garantito” è importante garantire il maggior numero possibile di atti respiratori triggerati, perché l’attività respiratoria spontanea del neonato partecipa alla determinazione del VT consentendo l’utilizzo di “working PIP” più basse.

Per neonati con insufficiente drive respiratorio la frequenza respiratoria di back-up necessaria per garantire un adeguato volume minuto è circa 50 – 60 atti/min.

La comparsa di tachipnea (FR > 80 atti/min) deve determinare una verifica del circuito (eventuale fenomeno di “auto-trigger”) e del paziente; escluse complicanze subentranti, la causa può essere identificata in un’inadeguata ventilazione alveolare per VT impostato insufficiente con risposta clinica del neonato per il mantenimento di una stabile ventilazione minuto. L’adeguamento del VT a valori più elevati consente il miglioramento del quadro [Scopesi F (2010) The proper tidal volume target using volume guarantee ventilation in the course of neonatal respiratory distress syndrome: A crucial endpoint. J Maternal-Fetal Neonat Med; 23(7):692-94].

Il ventilatore VN500 ha due modalità per la definizione del flusso dei gas medicali.

1. La prima modalità è la diretta impostazione del flusso; un flusso adeguato è quello che consente il raggiungimento della pressione di picco e il mantenimento della stessa per un breve plateau. Flussi troppo elevati rappresentano un elemento lesivo per il parenchima polmonare, flussi insufficienti determinano un lento raggiungimento della pressione di picco e talora non consentono l’erogazione del VT (Figura 4).

Figura 4: curva di andamento delle pressioni in relazione al flusso.

Con Ti di 0.3”, un flusso di 6 – 8 l/min è sufficiente per il raggiungimento di pressioni di picco fino a 30 cmH2O; anche il flusso, tuttavia, come altri parametri ventilatori, deve essere adattato al paziente e modulato in corso di ventilazione basandosi sull’osservazione delle curve [Klingenberg C (2011) A practical guide to neonatal volume guarantee ventilation. J Perinatol; 31:575-585].

1. La seconda modalità è l’impostazione della “rampa”, ovvero il tempo desiderato (in secondi) per il raggiungimento della pressione di picco; sarà quindi il ventilatore a definire il flusso necessario per il raggiungimento della pressione di picco entro tale tempo. Con Ti di 0.3”, il “tempo di rampa” adeguato è 0,08 – 0,15”; anch’esso, tuttavia, dovrà essere modulato basandosi sull’osservazione delle curve.

Nonostante il volume espirato sia meno soggetto rispetto a quello inspirato alla variabilità legata alle perdite del tubo endo-tracheale, quando queste sono presenti si determina comunque una sottostima del VT. Fino a perdite di circa il 50%, il ventilatore compensa modulando la pressione di picco per erogare comunque il volume corrente più prossimo al VT impostato; per perdite oltre il 50%, la sottostima del volume espirato può diventare significativa e l’incremento compensatorio della pressione di picco messa in atto dal ventilatore, oltre a raggiungere Pmax impostata generando frequenti segnali di allarme, può comportare l’erogazione di volumi di scambio eccessivi con rischio di ipocapnia.

In un neonato ancora dipendente dalla ventilazione meccanica e con perdite del tubo endo-tracheale superiori al 50% è raccomandata la sostituzione del tubo endo-tracheale, piuttosto che escludere l’opzione “volume garantito” proseguendo la ventilazione con volumi di scambio incontrollati [Klingenberg C (2011) A practical guide to neonatal volume guarantee ventilation. J Perinatol; 31:575-585].

Viene innescato quando il volume espirato rilevato dal ventilatore è < 90% del VT impostato per più di 8 atti respiratori nonostante l’utilizzo di pressioni di picco massimali. Tale allarme deve determinare una verifica delle condizioni del paziente e dei parametri ventilatori in atto; potenziali cause:

• PIP insufficiente (aumento degli atti non triggerati, peggioramento della meccanica respiratoria, dislocazione o occlusione deltubo endotracheale);
• Ti troppo corto;
• perdite del tubo endo-tracheale > 50%;
• torchio addominale contrastante il ventilatore.

Riassumendo, i requisiti per il successo e l’appropriatezza della ventilazione a “volume garantito” sono così riassunti:

• le perdite del tubo endo-tracheale devono essere < 50%
• la Pmax deve consentire le continue fluttuazioni della “working PIP”
• la pressione di picco inspiratorio deve essere mantenuta per un breve plateau prima dell’espirazione
• il VT impostato deve essere adeguato alle caratteristiche del paziente
• il Ti in PC-PSV non deve essere troppo corto (non inferiore a 0,25”)
• il flusso di gas nel circuito deve essere adeguato alle caratteristiche del paziente

Durante la ventilazione a “volume garantito” con modalità di supporto a tutti gli atti respiratori (PC-AC, PC-PSV), gli unici parametri su cui l’operatore può agire sono la FiO2 e il VT; la frequenza respiratoria è controllata dal neonato e la pressione di picco inspiratorio viene automaticamente ridotta con il miglioramento della meccanica respiratoria e del drive respiratorio del paziente fino ad un’assistenza ventilatoria prossima alla cPAP (la pressione inspiratoria minima per gli atti meccanici non triggerati è di 5 cmH2O superiore alla PEEP, per gli atti meccanici triggerati e spontanei con pressione assistita è di 0.1 cmH2O superiore alla PEEP).

Lo svezzamento deve avvenire solo parzialmente riducendo il VT impostato (non è raccomandato ridurre il VT oltre circa 3.5 ml/kg, perché, anche in fase di svezzamento, al neonato deve essere garantita un’adeguata ventilazione) [Wheeler KI (2011) Volume guarantee ventilation: how low should we go? J Pediatr Child Health; 47(Suppl. 1):60-116]; non è raccomandato, inoltre, mantenere il paziente per periodi protratti a “working PIP” prossime alla PEEP perché questo comporta un aumento del lavoro respiratorio, determina una regressione dell’autonomia respiratoria e aumenta il rischio di fallimento dell’estubazione.

E’ considerabile l’estubazione quando, a pressione ventilatoria media stabilmente < 8 – 10 cmH2O con un VT impostato tra 3.5 e 4.5 ml/kg, il neonato presenti regolarità respiratoria e stabilità emogas-analitica [Klingenberg C (2011) A practical guide to neonatal volume guarantee ventilation. J Perinatol; 31:575-585].